EP1656635B1

EP1656635B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von chipkarten

Info

Publication number: EP1656635B1
Application number: EP04763470A
Authority: EP
Inventors: Franz Brandl; Siarhei Lakhadanau; Uladimir Prakapenka
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2003-08-16
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2024-07-24
Also published as: JP4439519B2; ATE358859T1; JP2007502722A; DE10337645A1; KR100774605B1; DE10337645B4; KR20060041310A; EP1656635A1; DE502004003418D1; WO2005020136A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Chipkarten mit einem ersten Bauteil, das eine erste Kontaktfläche umfasst, und einem zweiten Bauteil, welches eine zweite Kontaktfläche umfasst, wobei beide Kontaktflächen mit einer elektrisch leitfähigen Masse verbunden werden, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.
Chipkarten, wie Dual-Inferface-Karten weisen elektrisch leitfähige Massepunkte, wie flexible bumbs, zwischen den Kontaktflächen an der Rückseite eines Chipmoduls und einer in der Chipkarte integrierten Antenne auf, um diese Bauteile miteinander elektrisch zu kontaktieren. Ein derartiger Aufbau ist aus der DE 195 00 925 A1 bekannt. Der Leitklebstoff wird hierbei mittels einer Dosiereinrichtung auf die Kontaktflächen der im Kartenkörper eingebauten Antenne aufgetragen. Bei der Auftragung des Leitklebstoffs ist entscheidend, dass eine genau bemessene Menge an Klebstoff an einem genau vorbestimmten Ort aufgetragen wird, so dass eine Erhebung eines derartigen flexible bumb relativ zur Montage, die durch eine Oberfläche eines Kartenkörpers vorgegeben ist, von Karte zu Karte immer gleich ist. Sowohl eine zu kleine als auch eine zu große Menge des flexible-bumb-Materials führt zu einer fehlerhaften Kontaktierung der beiden Kontaktflächen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei Kontaktflächen von Bauteilen innerhalb der Chipkarten um Flächen mit sehr geringen Abmessungen handelt.
Die Funktionalität einer Chipkarte hängt maßgeblich von der Auftragshöhe der flexible bumbs und damit von der Dosierung des flexible-bumb-Materials als elektrisch leitfähige Masse ab, so dass der Dispensationsvorgang der leitfähigen Masse bezogen auf eine große Anzahl von herzustellenden Chipkarten eine zuverlässige und schnelle Messung der Auftragshöhe von jeder Masse einer jeden Chipkarte erfordert. Bevorzugt wird hierbei insbesondere ein berührungsloser Messvorgang zur Kontrolle der Auftragshöhe der einzelnen Massen, um ein schnelles Kontrollverfahren ohne die Gefahr einer Beschädigung der aufgetragenen Masse oder anderer Teile der Chipkarte zu ermöglichen.
Zwar ist aus der DE 197 47 388 C1 ein derartiges berührungsloses Messverfahren mittels einer stattfindenden elektrischen Entladung zwischen der leitfähigen Masse und einer darüber mit einem vorbestimmten Abstand angeordneten Messelektrode bekannt, jedoch ist hierfür zum einen die Anordnung der Messelektrode und der Chipkarte innerhalb eines Gasraumes zur Durchführung des Entladungsvorganges und zum anderen das Anlegen von elektrischen Spannungen erforderlich, die eine vorzeitige Beschädigung von Teilen der Chipkarte zur Folge haben können.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Chipkarten derart zur Verfügung zu stellen, dass die Funktionalität jeder Chipkarte unter Einbeziehung einer einfachen, schnellen und für die Chipkarte unschädlichen berührungslosen Messung von elektrisch leitfähig aufgetragenen Massen zur Kontaktierung zwischen mindestens zwei Kontaktflächen sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Verfahren zur Herstellung von Chipkarten mit einem mindestens eine erste Kontaktfläche aufweisenden ersten Bauteil und einem in oder auf einem Kartenkörper angeordneten zweiten Bauteil mit einer zweiten Kontaktfläche, auf welcher eine elektrisch leitfähige Masse mittels einer Dosiereinrichtung aufgetragen wird, in einem ersten Schritt der Kartenkörper mittels einer Biegeeinrichtung gebogen wird und in einem zweiten Schritt ein Lichtstrahl seitlich auf die aufgetragene Masse zur Messung einer Auftragshöhe der Masse relativ zum Kartenkörper mittels einer optischen Abbildung der Auftragshöhe gerichtet wird. Hierbei kann das erste Bauteil beispielsweise ein in einer Ausnehmung des Kartenkörpers einzusetzendes Chipmodul sein, an dessen Rückseite die erste Kontaktfläche angeordnet ist und bei dem zweiten Bauteil kann es sich um eine in dem Kartenkörper integrierte Antenne handeln, deren Anschluss die nach oben zum Chipmodul hinweisende zweite Kontaktfläche aufweist. Da demzufolge die elektrisch leitfähige Masse in Form eines Leitklebstoffes und/oder eines flexible bumbs innerhalb der Ausnehmung auf der zweiten Kontaktfläche anzuordnen ist, kann eine optische Messung mittels des seitlich einfallenden Lichtstrahles an der Masse nur dann erfolgen, wenn diese vorteilhaft durch den Biegevorgang hervorgehoben wird. Die kontrollierte Biegung des Kartenkörpers ohne dessen Zerstörung oder Beeinträchtigung in seiner Funktionalität wird nämlich derart durchgeführt, dass der Kartenkörper in seinem Verlauf eine Krümmung aufweist und die aufgetragene Masse krümmungsaußenseitig angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Lichtstrahl über die krümmungsaußenseitige Oberfläche des Kartenkörpers geleitet werden und dadurch ein vollständiges zweidimensionales Schattenbild einer Seitenansicht der kugelartig ausgebildeten aufgetragenen Masse in eine hierfür vorgesehene Kameraeinrichtung projizieren.
Ein derartiges Messverfahren ermöglicht nicht nur das schnelle und einfache, berührungslose Messen der Auftragshöhe der aufgetragenen Masse innerhalb der ausgefrästen Ausnehmung zur späteren Aufnahme des Chipmoduls, sondern auch die Messung verschiedenstartiger Chipkarten, welche sich in der Overlay-Farbe und der Overlay-Dicke unterscheiden.
Mittels einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten von Abbildungsdaten mit Hilfe eines Bildverarbeitungsprogrammes ist nicht nur eine Messung mit hoher Messgenauigkeit von +/- 8µm, sondern auch die Bildverarbeitung bezüglich der äußeren Konturen der durch die Abbildungsdaten wiedergegebenen Abbildung, wie beispielsweise die Berücksichtigung von Unregelmäßigkeiten im Randbereich der Masse, die durch Abziehnasen hervorgerufen werden können, möglich.
Um eine verzerrungsfreie Seitenansicht eines derartigen Massepunktes zu erhalten, ist es wichtig, dass die Kameraeinrichtung bezüglich der in sie einfallenden Lichtstrahlen derart seitlich im Bereich der Krümmung auf die Masse gerichtet ist, dass eine senkrecht zu einer Lichteinfallsebene der Kameraeinrichtung gedachte Gerade, deren Verlauf über Prismen umgelenkt werden kann, geradlinig an der Krümmung des Kartenkörpers tangentenartig entlang verläuft. Diese Gerade und eine senkrecht auf der Oberfläche des Kartenkörpers im Bereich des Massemittelpunktes der Masse stehende gedachte Gerade schließen einen Winkel von 90° ein. Andernfalls würde das in der Kameraeinrichtung empfangene Schattenbild der Seitenansicht des Massepunktes zu einer verzerrten Ansicht und somit zu der Ermittlung einer geringeren Auftragshöhe des Massepunktes führen.
Der Kartenkörper wird mit seinen Seitenkanten in die Biegeeinrichtung eingespannt, welche den Kartenkörper durch Zusammendrücken in eine Biegestellung, deren maximale Auslenkung 9 - 11 mm beträgt, bringt. Auf diese Weise ist ein beschädigungsfreies Verbiegen des flexiblen Kartenkörpers sichergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vergleicht die Auswerteeinrichtung in dem Bildverarbeitungsverfahren Abbildungswerte der Tiefe der Ausnehmung, die zur späteren Aufnahme des Chipmoduls dienen, mit den Abbildungswerten der Auftragshöhe und bildet hiervon die jeweiligen Differenzbeträge, um hierdurch Abweichungen in der Auftragshöhe der in verschiedenen Kartenkörpem angeordneten Massepunkte mit Bezug auf eine untere Fläche der Ausnehmung, die als Referenzfläche dient, feststellen zu können. Hierbei wird der jeweils höchste Punkt des Massepunktes und dessen zulässige Abweichung ermittelt. Sofern die gemessene Auftragshöhe nicht innerhalb der zulässigen Abweichung liegt, wird entweder die Chipkarte aussortiert oder ein nochmaliges Auftragen der Masse durchgeführt.
Um den Winkel von 90° zwischen der senkrecht zur gekrümmten Oberfläche des Kartenkörpers ausgerichteten Gerade und der Ausrichtungsgeraden der Kameraeinrichtung zu erhalten, kann eine Messeinrichtung, welche eine Lichtquelle, die Kameraeinrichtung und Prismen zum Umlenken des Lichtstrahles umfasst, im Bezug auf die Biegeeinrichtung derart verschwenkt werden, dass der zu messende Massepunkt an der obersten Stelle, bezogen auf die Biegeeinrichtung der Krümmung des Kartenkörpers, scheitelartig angeordnet ist. Hierdurch wird vermieden, dass nur Teile der Seitenansicht des Massepunktes, sofern dieser nicht mit einem Winkel von 90° durch die Ausrichtungsgerade der Kameraeinrichtung getroffen wird, abgebildet und dadurch falsche Messergebnisse erzeugt werden.
Vorteilhaft weist eine Vorrichtung zur Herstellung der Chipkarten die Biegeeinrichtung zum kontrollierten Biegen des Kartenkörpers, die Lichtquelle zur Erzeugung mindestens eines Lichtstrahls, der seitlich auf die aufgetragene Masse gerichtet ist, die Kameraeinrichtung zur Aufnahme der durch den Lichtstrahl erzeugten Abbildung der Auftragshöhe der Masse/des Massepunktes relativ zum Kartenkörper und die Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Abbildungsdaten mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens auf.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Hierbei zeigen:

Fig. 1: in einer schematischen Querschnittsansicht einen Ausschnitt einer Chipkarte von dem Einsetzen eines Chipmoduls in einen Kartenkörper;
Fig. 2: in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3a - 3d: in perspektivischen und Querschnittsansichten eine Chipkarte vor und während des Biegezustandes und
Fig. 4: in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung zum Messen der Auftragshöhe einer aufgetragenen Masse gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 wird in einer schematischen Querschnittsansicht ausschnittsweise eine Chipkarte von dem Einsetzen eines Chipmoduls gezeigt, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Die Chipkarte weist einen Kartenkörper 1 auf, in welchem ein Chipmodul 2 mit einer ersten Kontaktfläche 2a, die an der Unterseite des Chipmoduls angeordnet ist, wie durch den Pfeil angedeutet, eingesetzt wird. Eine in dem Kartenkörper integriert angeordnete Antenne 3 mit einer oberseitigen Kontaktfläche 3a ist mit einem elektrisch leitfähigen Massepunkt 4, wie einem flexible bumb verbunden. Hierfür ist der Massepunkt mittels einer hier nicht gezeigten Dosiereinrichtung auf die Kontaktfläche 3a aufgetragen worden.
Eine Ausnehmung 5 dient zur Aufnahme des Chipmoduls 2. Wenn das Chipmodul 2 eingesetzt wird, so ergibt sich bei richtiger Mengendosierung des Massepunktes 4 durch flexibles Zusammendrücken desjenigen ein dauerhafter Kontakt zwischen den beiden Kontaktflächen 2a und 3a.
In Fig. 2 wird in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung zur Herstellung einer Chipkarte gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass der Kartenkörper 1 mittels einer hier nicht gezeigten Biegeeinrichtung derart gebogen ist, dass an seiner krümmungsaußenseitigen Oberfläche der Massepunkt 4 mit einer Auftragshöhe 4a und einem Massemittelpunkt 4b scheitelartig angeordnet ist.
Zwar ist der Massepunkt 4 innerhalb der Ausnehmung 5 angeordnet, jedoch kann durch das Verbiegen des Kartenkörpers 1 erreicht werden, dass ein aus einer Lichtquelle 6 austretender Lichtstrahl 7 dennoch die gesamte Auftragshöhe 4a befeuchten kann, da störende Randbereiche des Kartenkörpers 1 nach unten gebogen sind.
Mittels Prismen 8 und 9 ist ein Umlenken des Lichtstrahles 7 in eine Kameraeinrichtung 10 möglich, so dass eine platzsparende und kompakte Anordnung der gesamten Messeinrichtung, die sich aus der Lichtquelle 6, den Prismen 8, 9 und der Kameraeinrichtung 10 zusammensetzt, möglich ist.
In Fig. 3a wird in einer perspektivischen Ansicht eine Chipkarte mit dem Kartenkörper 1 und einer Ausnehmung 5 zum Einsetzen des Chipmodules in ungebogenem Zustand gezeigt. Demgegenüber ist der Fig. 3b die Chipkarte im gebogenen Zustand zu entnehmen. Die Massepunkte 4 innerhalb der Ausnehmung 5 können aufgrund ihrer Scheitellinienlage zuverlässig in ihrer Höhe vermessen werden.
Den Figuren 3c und 3d sind zu den Figuren 3a und 3b zugehörige Querschnittsansichten der Chipkarten zu entnehmen, wobei aus Fig. 3d ersichtlich wird, dass eine senkrecht zu der Oberfläche des gekrümmten Kartenkörpers 1 durch den Massemittelpunkt 4b der Masse 4 durchlaufende Gerade 11 im 90°-Winkel zu dem einfallenden Lichtstrahl 7 als auch zu einer Ausrichtungsgeraden 10' der Kameraeinrichtung stehen muss.
In Fig. 4 ist in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Vorrichtung ist neben der den Lichtstrahl 7 erzeugenden Lichtquelle 6 eine zusätzliche Lichtquelle 6a angeordnet, die zur Beleuchtung des Massepunktes 4 mittels eines Lichtstrahles 7a dient. Zur Umlenkung des Lichtstrahles 7a ist zusätzlich ein Prisma 12 angeordnet.
Die Kameraeinrichtung 10 setzt sich aus einer Matrixkamera 10a, einem Zwischenring 10b, einem Standardobjektiv 10c, 10d und einer Manipulierungseinrichtung 10e zum Ausrichten der Kameraeinrichtung in x-, y- und z-Richtung zusammen.
Der Fig. 4 ist deutlich zu entnehmen, dass, wenn der Massepunkt 4 nicht mittig zwischen in die Biegeeinrichtung eingespannten Enden auf dem Kartenkörper 1 angeordnet ist, die hier nicht gezeigte Biegeeinrichtung um einen Winke! 14 mit 5 - 7° geschwenkt wird, wie es durch die Linie 13 verdeutlicht wird. Auf diese Weise ist ein verzerrungsfreies Erfassen des Massepunktes 4 durch den einfallenden Lichtstrahl 7 über dessen gesamte Auftragshöhe möglich.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1: Kartenkörper
2: Chipmodul
2a: erste Kontaktfläche
3: Antenne
3a: zweite Kontaktfläche
4: Massepunkt
4a =̂: Auftragshöhe
4b =̂: Massemittelpunkt
5: Ausnehmung
6, 6a: Lichtquellen
7, 7a: Lichtstrahlen
8, 9, 12: Prismen
10; 10a - 10e: Kameraeinrichtung
10': Ausrichtungsgerade der Kameraeinrichtung im Bereich der Masse
11: Gerade
13: Linie
14: Winkel
α: Winkel zwischen einfallendem Lichtstrahl und einer Geraden

Claims

Verfahren zur Herstellung von Chipkarten mit einem mindestens eine erste Kontaktfläche (2a) aufweisenden ersten Bauteil (2), wie ein Chipmodul oder dergleichen, und einem in oder auf einem Kartenkörper (1) angeordneten zweiten Bauteil (3), wie eine Antenne oder dergleichen, wobei eine elektrisch leitfähige Masse (4), wie Leitklebstoff oder dergleichen, mittels einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine zweite Kontaktfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) jeweils aufgetragen wird, um die erste und die zweite Kontaktfläche (2a, 3a) miteinander zu verbinden,
dadurch gekennzeichnet,dass
in einem ersten Schritt der Kartenkörper (1) mittels einer Biegeeinrichtung derart gebogen wird, dass er in seinem Verlauf eine Krümmung aufweist und die in einer Ausnehmung (5) des Kartenkörpers (1) zur späteren Aufnahme des ersten Bauteils (2) aufgetragene Masse (4) krümmungsaußenseitig angeordnet ist, und
in einem zweiten Schritt mindestens ein Lichtstrahl (7) aus einer Lichtquelle (6) seitlich auf die aufgetragene Masse (4) zur Messung einer Auftragshöhe (4a) der elektrisch leitfähigen Masse (4) relativ zum Kartenkörper (1) mittels einer optischen Abbildung der Auftragshöhe (4a) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,dass
eine Kameraeinrichtung (10; 10a - 10e) zur Aufnahme der Abbildung der Auftragshöhe (4a) derart seitlich auf die Masse (4) gerichtet ist, dass eine senkrecht zu einer Lichteinfallsebene der Kameraeinrichtung (10; 10a -10e) gedachte Gerade (10') geradlinig an der krümmungsaußenseitigen Oberfläche des Kartenkörpers (1) im Bereich der Masse (4) tangentenartig entlang verläuft.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gedachte Gerade (10') und eine senkrecht auf der Oberfläche des Kartenkörpers (1) im Bereich des Massemittelpunktes (4b) stehende gedachte Gerade (11) einen Winkel (α) von 90° einschließen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens einer der Lichtstrahlen (7) geradlinig an der krümmungsaußenseitigen Oberfläche des Kartenkörpers (1) entlang verläuft.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,dass
die aufgenommene Abbildung mittels einer mit der Kameraeinrichtung (10; 10a - 10e) verbundenen Auswerteeinrichtung zum Auswerten von Abbildungsdaten ein Bildverarbeitungsverfahren durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,dass
in dem Bildverarbeitungsverfahren gemessene Abbildungswerte der Tiefe der Ausnehmung (5) ausgewertet und mit den Abbildungswerten der Auftragshöhe (4a) verglichen werden und Differenzwerte derjenigen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,dass
in dem Bildverarbeitungsverfahren Vergleichsabbildungsdaten früherer Referenzmessungen zum Auswerten der Auftragshöhe (4a) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7,
dadurch gekennzeichnet,dass
zur Einstellung des Winkels (α) eine Messeinrichtung, welche die Lichtquelle (6, 6a), die Kameraeinrichtung (10; 10a -10e) und Prismen (8, 9, 12) zum Umlenken des Lichtstrahls (7, 7a) umfasst und/oder die gebogene Oberfläche des Kartenkörpers (1) solange relativ zueinander verschwenkt werden/wird, bis sich ein Winkel (α) von 90° eingestellt hat.
Vorrichtung zur Herstellung von Chipkarten mit einem mindestens eine erste Kontaktfläche (2a) aufweisenden ersten Bauteil (2), wie ein Chipmodul oder dergleichen, und einem in oder auf einem Kartenkörper (1) angeordneten zweiten Bauteil (3), wie eine Antenne oder dergleichen, wobei eine elektrisch leitfähige Masse (4), wie Leitklebstoff oder dergleichen, mittels einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine zweite Kontaktfläche (3a) des zweiten Bauteils (3), jeweils aufgetragen wird, um die erste und die zweite Kontaktfläche (2a, 3a) miteinander zu verbinden, umfassend:
- eine Biegeeinrichtung zum kontrollierten Biegen des Kartenkörpers (1) derart, dass er in seinem Verlauf eine Krümmung aufweist, wobei die in einer Ausnehmung (5) des Kartenkörpers (1) zur späteren Aufnahme des ersten Bauteils (2) aufgetragene Masse (4) krümmungsaußenseitig angeordnet ist,

- eine Lichtquelle (6) zur Erzeugung mindestens eines Lichtstrahls (7), der seitlich auf die aufgetragene Masse (4) gerichtet ist,

- eine Kameraeinrichtung (10; 10a -10e) zu Aufnahme einer durch den Lichtstrahl (7) erzeugten Abbildung einer Auftragshöhe (4a) der Masse (4) relativ zum Kartenkörper (1) und

- eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten von Abbildungsdaten mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens.
Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,dass
eine Messeinrichtung, welche die Lichtquelle (6, 6a), die Kameraeinrichtung (10; 10a -10e) und gegebenenfalls Prismen (8, 9, 12) zum Umlenken des Lichtstrahls (7, 7a) umfasst, und/oder die Biegeeinrichtung relativ zueinander verschwenkbar sind/ist, um eine Ausrichtung der Kameraeinrichtung (10; 10a -10e) im Verhältnis zur Oberfläche des Kartenkörpers (1) am Ort der aufgetragenen Masse (4) in einem vorbestimmten Winkel (α) zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,dass
der Winkel (α) zwischen dem Ausrichtungsverlauf der Kameraeinrichtung (10; 10a - 10e) und einer senkrecht auf der Oberfläche des Kartenkörpers (1) im Bereich des Massemittelpunktes (4b) stehenden gedachten Gerade (11) 90° ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit der Auswerteeinrichtung gemessene Abbildungswerte der Tiefe der Ausnehmung (5) auswertbar und mit den Abbildungswerten der Auftragshöhe (4a) vergleichbar sind.